OS_死锁_银行家算法和安全性测试算法：C++实现

一、实验目的：
通过对银行家算法的模拟加深对避免死锁的理解，掌握银行家算法和安全性测试算法；
二、实验内容：
系统中有m个同类资源，被n个进程共享，每个进程对资源的最大需求数分别为S1、S2、…、Sn，且Max（Si）<=m（i=1，2，…，n）。进程可以动态地申请资源和释放资源。编写一个程序，实现银行家算法模拟分配资源以及进行安全性检测。当系统将资源分配给某一进程而不会死锁时，就分配之。否则，推迟分配，并显示适当信息。
三、实验要求：

1. 将本实验分成两个阶段，第一阶段实现系统安全性检测算法（在系统安全的情况下要求输出安全序列）， 第二阶段实现银行家算法。
2. 要求用户能自主地输入不同的向量矩阵。
3. 程序能正确输出不同的运算结果。
4. 程序应具备良好的容错能力。

首先是头文件和预处理

#include<iostream>
#include<fstream>

#define pnum 5
#define rnum 3

pnum是processnum也就是进程数量，rnum是resourcenum也就是资源数量，这是一个关于如何合理的分配资源给进程的算法，在操作系统书上有讲解，希望读者区看看。

//定义安全性算法的数据结构
int sign[pnum],//安全序列
    work[pnum][rnum],//记录要显示的work，由算法种的work赋值得到，方便打印输出
	workAll[pnum][rnum];//work+allocation

//定义银行家算法的数据结构
int Available[pnum],//可用资源向量available
	Max[pnum][rnum],//最大需求向量，每个进程的最大需求
	Allocation[pnum][rnum],//分配矩阵，相当于当前已经分配了
	Need[pnum][rnum];//max-allocation，当前还需资源数目向量

根据书上的内容可以作出如下的定义，银行家算法的可用资源，最大等（有批注)，安全性算法的work是为了显示，后面的算法中会有体现，work+allocation是根书上保持一致所以这样的一个定义，具体的可以根据书上的表格进行比较，话不多说，老规矩，main函数分析。

首先在main函数中我们是需要申请多少的资源，是哪个进程申请，所以我们需要定义个request二维数组，进行一个资源的申请，行为进程pnum列为资源rnum
这时候，看了我前面的应该知道，我们需要进行一个创建，我们最大资源是多少，有多少个进程什么什么的，这些可以根据书上的已知条件，从而知道我们有多少数据需要用户进行一个输入。

creat函数进行一个封装，初始化

基本思想：将max，allocation，need，available数组装载数值，有些是一维，有些是二维，根据书上的已知条件可以得到如何创建，这里可能有些读者没书，在此给出代码

//初始化
void creat(){
	for(int i = 0;i<pnum;i++){
		cout<<"请输入第 "<<i<<" 个进程的数据："<<endl;
		cout<<"MAX:第"<<i<<"个进程一共需要申请多少个资源（A B C）:";
			for(int j=0;j<rnum;j++)
				cin>>Max[i][j];
			cout<<"Allocation：已获得的资源数量(A B C):  ";
			for(int j=0;j<rnum;j++)
				cin>>Allocation[i][j];
			cout<<"Need：还需要的资源数量(A B C):  ";
			for(int j=0;j<rnum;j++)
				cin>>Need[i][j];

			if(i==0){
				cout<<"Available：现有资源的数量(A B C):  ";
                for(int j = 0;j < rnum;j++)
                        cin>>Available[j];
			}
	}
}

这时候我们回到我们的main，创建好了之后我们需要输入request数组中是哪个进程申请资源数量为多少，为了让读者阅读方便，在此也给出代码

while(true){
		cout<<endl<<"请输入Request[进程标号i][资源类型j]:"<<endl;
        cout<<"进程i=：";
        cin>>i;
        cout<<"各类资源数量(A B C):  ";
            for(int j = 0;j < rnum;j++)
                cin>>Request[i][j];
            cout<<endl;
        //执行银行家算法
            int res = Banker(i,Request);
        //输出每次判断产生的执行序列
            cout<<endl<<"当前的资源分配表："<<endl;
            show(res);
	}

你会发现有banker里面的参数是进程几申请资源，最终返回的结果用来输出，那么我们的show应该如何的进行定义呢？
我们得显示我们的资源分配表，如果说安全性算法后还有一个安全队列，我们得输出安全性队列下的work等一系列，如果没有，我们就输出我们各个进程初始信息，all+need+available。让用户明白自己的申请的问题出错在哪。

show：资源分配表的定义

首先show函数得接收一个值，res，表示有无安全序列，如果有，就是我的进程数，如果没有，就是不能构成安全序列我们需要输出它的初始信息
这里直接给源码，希望读者读懂后可以评论区留言说说你的理解

void show(int res){
	if(res == pnum){
		cout<<" 进程号--"<<" Work[A,B,C]"
		<<" Need[A,B,C]"<<" Allocation[A,B,C]"<<" Work+Allocation[A,B,C]"<<" Finish"<<endl;
        for(int i = 0;i < pnum;i++) {
            for(int j = 0;j < rnum;j++)
                cout<<work[sign[i]][j]<<" ";
            cout<<'	'<<'	';
            for(int j = 0;j < rnum;j++)
                cout<<Need[sign[i]][j]<<" ";
            cout<<'	'<<'	';
            for(int j = 0;j < rnum;j++)
                cout<<Allocation[sign[i]][j]<<" ";
            cout<<'	'<<'	';
            for(int j = 0;j < rnum;j++)
                cout<<workAll[sign[i]][j]<<" ";
            cout<<'	'<<'	';
            cout<<"true"<<endl;
        }
	cout<<endl<<"安全序列为：{p["<<sign[0]<<"]";
	for(int m = 1;m<pnum;m++){
		cout<<",p["<<sign[m]<<"]";
	}
	cout<<"}"<<endl;
}
	else{//没通过输出信息
		cout<<" 进程号--"<<" Allocation[A,B,C]"
			<<" Need[A,B,C]"<<" Available[A,B,C]"<<endl;
		for(int k = 0;k < 5;k++){
			cout<<'	'<<"P["<<k<<"]"<<'	'<<'	';
			for(int j = 0;j < 3;j++)cout<<Allocation[k][j]<<" ";
			cout<<'	'<<'	';
			for(int j = 0;j < 3;j++)cout<<Need[k][j]<<" ";
			cout<<'	'<<'	';
			if(k == 0) {
				for(int j = 0;j < 3;j++)
				cout<<Available[j]<<" ";
			}
			cout<<endl;
		}
	}
}

现在进入正题

银行家算法banker（i，request[][rnum]）

基本思想：第一步，//判断request内的资源是否比可用总数和进程i总共所需的大小，这是基本的条件
如何的实现呢？

for(int j = 0;j < rnum;j++) {
        if(Request[i][j] > Need[i][j]){
            cout<<"分配失败------>"<<endl<<"所需资源数超出其宣布的最大值!"<<endl;
            return 0;
        } else if(Request[i][j] > Available[j]) {
                    cout<<"分配失败------>"<<endl<<"无足够资源，p["<<i<<"]需要进行wait"<<endl;
                    return 0;
                }
        }

如果通过了，我们试着分配资源，进行安全性算法，如果没通过就直接返回了error，也会输出提示信息。

尝试分配资源我们应该怎么做呢？

首先让资源总数available减去request，让进程的allocation加上申请的，need也需要减去request。
大致理解：因为你申请了资源现在在假定分配，所以分配给你了系统的可用资源就要减少，当前进程的已用资源就要增加，目前还需资源就也要减少，因为系统已经满足你的需求了。

        for(int j = 0;j < rnum;j++) {
                Available[j] = Available[j] - Request[i][j];
                Allocation[i][j] = Allocation[i][j] + Request[i][j];
                Need[i][j] = Need[i][j] - Request[i][j];
        }

执行安全性算法，根据安全性算法的返回值，确定是否有队列，最终输出显示的情况
后续代码我只给出执行安全性算法，如何让系统交互做的更好留给读者。

        int n = Safe(Available,Need,Allocation);
        cout<<endl;

        if(n == pnum) {//有5个'true'返回1，表示此时刻安全

接下来来到安全性算法safe，它带了参数available和need和allocation

我们为了方便运算，原来的work为了存放available总数加上释放，所以我们这里新建一个work数组，它是一维的，因为它只需要将一组的数据进行一个传递，finish数组的定义为了判断是否有一个队列，所以它的大小为pnum。这里给出定义，ijmn是根据我的需求进行一个添加

int Safe(int Available[],int Need[][rnum],int Allocation[][rnum]) {
	int i=0,j=0,m=0,n=0;
	int Work[rnum],Finish[pnum] = {0,0,0,0,0};

接下来我们将我们的可用资源数目给我们的work临时一维数组。

进入一个大while，只要我们的i<进程总数pnum我们就继续在循环中找。这里你应该明白i是为了计数，看看有无这么多的进程完成，如果实在没有我们的扫描也会结束，到时候finish和i的值都不是理想值

只要对应的finish[i]是等于0 的说明还没有被加入就绪队列，首先判断现有的资源总量能否满足它的需求，可以满足我们就进行一个分配。这里分配后直接释放了，所以我们可以直接让work加上allocation中当前i进程的已用资源allocation，在这之前用我们的work二维数组记录下我们当前的work再去加进行一个变化，这样在循环中，work中就是显示未释放的状态中的可用资源，让我们的workall等于我们的一维数组work，有些许绕，我附上小部分的代码，希望读者钻研一下。

if(j == rnum){//如果need的三个资源都可以被满足，就分配并且释放和记录
				 for(int k = 0;k < rnum;k++){
                    work[i][k] = Work[k];//记录分配前的可用的资源总数
                    Work[k] = Work[k]+Allocation[i][k];
					workAll[i][k] = Work[k];
				}

如果我们这一步成功了，说明是可以分配的，让我们的安全序列数组sign中的第一个m变成i。finish[i]=1,i=-1,m++.
i 等于-1是因为在我们的if(Finish[i]==0){后还有一段代码，我们慢慢分析

我们是从头开始扫描，所以如果没加入，或者已经加入过了我们必须让我们的i++，让我们的j(用于检查可用资源是否满足的一个变量）归零。所以在if中我们的i=-1，在外++就变成了0，就是继续从首部查找。

最终根据finish中是否有0，我们可以得到我们是该返回pnum还是其他数字了。

到此已经讲述完了，希望读者能够仔细思考一下问题，后续结果有人提问我再在评论区更新！！！